Investigation of aerosol number concentration in Jonava town

Abstract

Though some authors declare that aerosol number concentration might be a better indicator of health effects of the particulates than the mass method, there is lack of aerosol number investigation studies. Most of air quality studies so far have been based on aerosol mass concentration measurements. Lithuanian National Air Quality Monitoring Network does not carry out aerosol number concentration measurements. Nonetheless, detailed particulate matter mass concentration investigation studies are made periodically in the biggest Lithuanian cities by various scientific organizations. Jonava seems to be overpassed even there. This is the reason for choosing the investigation object. In Jonava town persistent measurements of aerosol number concentration were performed since 21 till 29 of November in the year 2006. The pollutants were measured with an optical particle counter AZ‐5. The fluctuations of 24 hours, diurnal aerosol number concentration were analysed. The weather was favorable for pollutant accumulation and stood quite stable during the experimental period. The variation of aerosol number concentration was compared with other pollutants and wind speed changes. The increase of aerosol number concentration was detected with the decrease of wind speed and vice versa. The biggest concentration was detected when the wind blew from the South, there green territories are located. The increase of particulate concentration was not observed with the South‐eastern wind directions coming from a fertilizer plant. The correlation between aerosol number concentration and nitrogen compounds was found. The tendency for high aerosol number concentrations was not observed during the rush hours as well as weekend effect could not be detected, indicating about low impact of local transportation. Comparison between particulate matter (PM₁₀) mass and aerosol number concentrations was performed. The linear tendency between aerosol number and mass concentration was found. The increase of PM₁₀ mass concentration was found to be 1,6 μg/m³ for each additional 1000 aerosol particle cm⁻³. While comparing aerosol number concentration fluctuations in Jonava and Preila locations, the results exhibited great variability on both monitoring sites. Aerosol number concentration was higher in Preila in February, March and April. Meanwhile, in summer months the aerosol number concentration increased on the urban site. These urban and rural differences were influenced by geographical and meteorological site peculiarities and air mass transport.

Исследование числовой концентрации аэрозоля в городе Йонаве

Santrauka. Nors kai kurie autoriai teigia, kad aerozolių skaitinė koncentracija gali būti geresnis indikatorius, vertinant kietųjų dalelių įtaką sveikatai nei masinė koncentracija, aerozolio skaitinės koncentracijos tyrimų trūksta. Daugelis oro kokybės tyrimų remiasi kietųjų dalelių masinės koncentracijos matavimais. Didžiuosiuose Lietuvos miestuose masinės kietųjų dalelių koncentracijos tyrimai atliekami periodiškai įvairių mokslinių organizacijų. Kietųjų dalelių tyrimų Jonavoje trūkumas lėmė tyrimo objekto pasirinkimą. Aerozolių skaitinė koncentracija nenutrūkstamai buvo matuojama Jonavoje lapkričio 21–29 dienomis optiniu dalelių skaičiuotuvu AZ-5. Vėliau gauti duomenys buvo analizuojami, stebimi valandiniai ir paros skaitinės koncentracijos kitimai per visą matavimo laikotarpį. Buvo tiriama sąsaja tarp skaitinės aerozolių koncentracijos ir kitų teršalų bei vėjo greičio. Nustatyta priklausomybė tarp aerozolių skaitinės koncentracijos ir azoto junginių, taip pat vėjo greičio. Oro sąlygos teršalų kaupimuisi matavimo laikotarpiu buvo palankios, viso eksperimento metu gana pastovios, todėl staigūs aerozolių koncentracijos pokyčiai negali būti siejami su netikėtais oro sąlygų pokyčiais. Vis tik aerozolių skaitinės koncentracijos padidėjimas nustatytas mažėjant vėjo greičiui, ir atvirkščiai. Didžiausios koncentracijos užfiksuotos pučiant pietų vėjui iš periferijos. Gi pučiant rytų vėjui, nešančiam oro mases nuo trąšų fabriko, koncentracijos netgi sumažėjo. Aerozolių skaitinės koncentracijos padidėjimo neužfiksuota rytinių ir vakarinių transporto pikų metu. Nebuvo nustatytas ir „savaitgalio efektas“. Tai byloja apie nežymią vietos transporto įtaką matavimo rezultatams. Tarp aerozolių masinės ir skaitinės koncentracijų rasta tiesinė priklausomybė. Nustatyta, kad aerozolių skaitinei koncentracijai padidėjus 1000 dalelių/cm³, aerozolių masinė koncentracija padidėja 1,6 μm/m³ Lyginant kietųjų dalelių (PM₁₀) masinės koncentracijos kitimą miesto ir kaimo vietovėse, pastebėta didelis rezultatų skirtumas. Aerozolių skaitinė koncentracija buvo žymiai didesnė Preiloje vasario – balandžio mėnesiais, palyginti nei Jonavoje. Vasarą kietųjų dalelių masinė koncentracija buvo didesnė miesto aplinkoje. Šiuos kietųjų dalelių koncentracijų skirtumus kaimo ir miesto aplinkoje lemia geografiniai bei meteorologiniai vietovių skirtumai. Įvertinus tyrimo duomenis paaiškėjo, kad kietųjų dalelių koncentracijų kaitą eksperimento metu Jonavoje labiausiai lėmė tolimieji oro teršalai. Vietinių taršos šaltinių įtaka kietųjų dalelių koncentracijų pasiskirstymui eksperimento metu nebuvo esminė.

Reikšminiai žodžiai: kietųjų dalelių masinė koncentracija, aerozolių skaitinė koncentracija, tiesinė priklausomybė, paros koncentracijų svyravimai, valandos koncentracijų svyravimai, miesto užterštumas, foninis užterštumas.

Aerozolių skaitinės koncentracijos tyrimai Jonavoje

Резюме. По мнению некоторых авторов, числовая концентрация аэрозоля может быть лучшим индикатором воздействия твердых частиц на здоровье людей, чем массовый метод, однако она недостаточно исследована. Большинство исследований качества воздуха пока основано на измерении массовой концентрации макрочастиц. В больших городах Литвы исследования массовой концентрации твердых частиц осуществляются различными научными организациями периодически. В Йонаве таких исследований было недостаточно. Постоянные измерения концентрации числа аэрозоля в городе были выполнены с 21 по 29 октября 2006 г. Загрязнители были измерены фотоэлектрическим счетчиком аэрозольных частиц АЗ-5. Суточные и часовые колебания числовой концентрации аэрозоля были проанализированы. Исследовалась связь между числовой концентрацией аэрозолей и других загрязнителей и скоростью ветра. Была найдена корреляция между числовой концентрацией аэрозоля, соединениями азота и скоростью ветра. Увеличение числовой концентрации аэрозоля было установлено с уменьшением скорости ветра и наоборот. Высокая числовая концентрация аэрозолей не нaблюдaлась в часы «пик» утром и вечером. В этом же отношении не был установлен эффект конца недели из-за небольшого воздействия местного транспорта на результаты измерений. Была установлена линейная зависимость между числовой и массовой концентрацией аэрозоля. С увеличением числовой концентрации на 1000 частиц аэрозоля на 1 см³ массовая концентрация PM₁₀ увеличивается на 1,6 μм/м³ . Сравнение колебаний числовой концентрации аэрозоля в Йонаве и Прейле выявило большую изменчивость результатов. Числовая концентрация аэрозоля в Прейле была выше в феврале, марте и апреле, а в летние месяцы она увеличивалась на городском участке. Эти городские и сельские различия объясняются особенностями географических и метеорологических участков и движением транспорта.

Ключевые слова: массовая концентрация PM₁₀, числовая концентрация аэрозоля, линейное соотношение, суточное изменение, часовое изменение, городское загрязнение, фон загрязнения.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : aerosol number concentration, particulate matter (PM10) mass concentration, linear relation, average 24-hour variation, diurnal variation, urban pollution, background pollution